仿生深海海綿結構，打造超強韌建築材料

受到深海海綿「維納斯花籃」的啟發，澳洲皇家墨爾本理工大學（RMIT）的工程師們開發出一種具有卓越抗壓強度和剛性的新型材料，這項創新有望為建築和產品設計帶來革命性的改變。

這種材料的雙層晶格結構模仿了太平洋深海海綿的複雜骨架，這種海綿以其驚人的韌性著稱。研究團隊的領導者馬家明博士表示，經過廣泛的測試和最佳化，這種設計不僅提升了材料的強度和剛性，還使其在壓縮時能夠收縮，展現出極高的適應性。這種特性被稱為「負泊松比行為」，為結構工程和其他應用領域開闢了全新的可能性。

與一般材料在拉伸時變薄或壓縮時變厚的特性不同，負泊松比材料則相反。馬博士解釋，這種材料能夠有效吸收和分散衝擊能量，因此具有極高的實用價值。自然界中的負泊松比材料包括肌腱和貓的皮膚，而人工合成的負泊松比材料則被用於製造可擴張和收縮的心臟和血管支架。

然而，儘管負泊松比材料具有許多優點，但其低剛性和有限的能量吸收能力限制了其應用範圍。RMIT團隊的仿生雙層晶格設計成功地克服了這些缺點。馬博士指出，單獨的晶格具有傳統的變形行為，但如果像深海海綿那樣將它們結合起來，材料就能自我調節並保持其形狀，效能遠超其他類似材料。

這項研究的成果已發表在《複合結構》期刊上，結果顯示，在相同材料用量的情況下，這種晶格結構的剛性比現有的負泊松比材料高出13倍，並且能夠吸收多10%的能量，同時保持更大的應變範圍。

RMIT團隊的Ngoc San Ha博士表示，這種材料獨特的效能組合為多個領域帶來了令人興奮的應用前景。他指出：「這種仿生負泊松比晶格為我們開發下一代可持續建築提供了最堅實的基礎。我們的高剛性和高能量吸收超材料在建築材料、防護裝備、運動器材和醫療應用等領域都具有顯著的優勢。」

例如，這種仿生晶格結構可以作為鋼結構建築的框架，從而減少鋼材和混凝土的使用量，同時達到與傳統框架相同的效果。此外，它還可以用於製造輕量化的運動防護裝備、防彈背心或醫療植入物。

榮譽教授Mike Xie強調，這項專案展示了從大自然中汲取靈感的價值。他表示：「仿生學不僅創造了像這樣美麗而優雅的設計，還創造了經過數百萬年進化最佳化的智慧設計，我們可以從中學習。」

RMIT創新結構與材料中心的研究團隊已經透過電腦模擬和3D列印的熱塑性聚氨酯樣品進行了測試。接下來，他們計劃生產鋼材版本的設計，並將其應用於混凝土和夯土結構中。馬博士表示：「雖然這種設計在運動器材、個人防護裝備和醫療應用中具有潛力，但我們的主要焦點是建築和施工領域。我們希望透過這種材料的獨特效能組合，減少建築中鋼材和水泥的使用量，從而開發出更可持續的建築材料。」

此外，這種材料的負泊松比和能量吸收特性還能在地震中有效減緩振動。團隊還計劃將這種設計與機器學習演算法結合，進一步最佳化並開發可程式設計材料。